甲烷传感器在甲烷和氢呼气检测技术中的应用

甲烷和氢呼气检测是了解人体胃肠功能和代谢的一个重要无创检查方法，也是了解由于肠道微生态变化所导致的疾病的一个有实用价值的方法。

甲烷和氢呼气检测的原理

甲烷和氢呼气检测之所以可以用于临床检验的基本是基于以下几个基本要素：

第一、人体的新陈代谢虽然可以产生氢离子，但是不产生分子状态的氢气和也不能产生甲烷气体。我们呼出气中的甲烷和氢气全部来自于胃肠道的细菌在酵解碳水化合物过程中产生的代谢产物。

第二、胃肠道产生甲烷和氢气必须基于两个最基本的条件，即胃肠道要有碳水化合和可以酵解碳水化合物的细菌，这两个因素缺一不可。所以可以认为甲烷和氢呼气主要是反映与胃肠道细菌和胃肠道对碳水化合物消化吸收有关的疾病。

第三、正常情况下，胃肠道细菌酵解碳水化合物后产生包括甲烷和氢在内的气体，其中大约有14-21%的气体可以通过肠粘膜屏障进入血液循环，经血液循环到达肺泡，通过气体交换呼出体外。呼出气中的甲烷和氢含量很低，在ppm水平。ppm是英文Parts Per Million的缩写，称百万分率，表示百万分之几。在某些疾病情况时，肠粘膜的通透性变化，甲烷好氢通过率增加，有报导肠道甲烷和氢的通过率可以达到50%。

第四、正常情况下小肠内的细菌非常少，所以在甲烷和氢呼气曲线在小肠段呼出的量很少，当小肠内细菌增加时，临床上称为小肠细菌过度生长，在小肠段代谢产生的甲烷好氢就会增加，甲烷和氢呼气曲线会明显上升。

第五、某些肠道细菌可以利用氢，使2个氢分子与1个碳原子结合生产甲烷。不同的文献报道，大约有15-35%的人群由于上述原因，在疾病时呼出气中氢的浓度没有变化，会出现假阴性结果。中国人大约有65%左右的人群没有产甲烷的细菌，或只有很少产甲烷的细菌，其呼出其中或者没有甲烷，或者只有很少量的甲烷。鉴于这两个因素，现在临床日益认识到有必要同时测量呼出气中的甲烷和氢，整合这两个参数的变化以减少假阴性。

检测呼气中的甲烷和氢气浓度可以采用进口甲烷传感器TGS6814，TGS6814是催化燃烧式的气体传感器,是TGS6812的升级版本。可以检测100%LEL水平爆炸下限的甲烷气体，亦可以检测H2，此传感器不但具有优异的耐久性与快速响应能力，与此同时,线性输出与输出的高度稳定性也是其主要特征。

同时，工采网提供检测呼出气中H2、NO、CO2的传感器，氢气传感器H2-AF、一氧化氮传感器(NO传感器)NO-B4，红外CO2传感器模块 - NG2-A-1.

氢气传感器H2-AF主要参数 ：过载：5000ppm ，响应时间：< 100s ，尺寸：Φ20.2×16.5 ，氢气检测范围：0-2000ppm，灵敏度：12 to 18 nA/ppm氢气传感器H2-AF典型应用：氢气气体变送器，各种氢气检测场合。

一氧化氮传感器(NO传感器)NO-B4来检测呼出气一氧化氮的含量。NO-B4是高分辨率的NO传感器，7系大小，可以检测15ppb的NO气体，非常适合用于各种NO气体监测系统和仪器。

NG2-A-1是一种用于测量CO2、CO、CH4、HC和N2O 气体浓度的创新型气体传感器，可自动温度补偿。它可以很方便地按客户需求集成到现有的测量系统或监测仪器中。它是一种智能传感器，装有具备无线传输，充电系统，能量回收和传感器故障诊断功能的原装芯片。

甲烷和氢呼气可以检查的项目

碳水化合物吸收不良：甲烷和氢呼气试验可以检测各种由于先天性或后天性糖类分解酶分泌不足造成的碳水化合物吸收不良。中国人常见的先天性糖类分解酶不足有乳糖酶缺乏导致的乳糖不耐受。不常见，但是传统方法比较难以诊断的果糖酶缺乏导致的果糖不耐受、蔗糖酶缺乏导致的蔗糖不耐受等，以及山梨醇酶缺乏导致的山梨醇不耐受等。后天性糖类分解酶不足，多由于疾病导致。常见的有由于腹泻导致的乳糖酶缺乏，慢性胰腺疾病导致的胰淀粉酶缺乏等。检验时给受试者服用特定的糖（常用50g糖，儿童根据每kg体重1g计算），当肠道缺乏相应的酶时，小肠不能完全吸收这些糖，那些不能被吸收的糖进入结肠后被细菌酵解产生甲烷和氢，由此可以判断是否存在酶缺乏。对于由于慢性胰腺疾病导致的胰淀粉酶缺乏，可以服用100g淀粉或米粉，胰淀粉酶缺乏导致小肠不能完全吸收淀粉或米粉，在结肠段出现甲烷和氢呼气高峰。

小肠细菌过度生长：正常人体小肠部分细菌很少，当服用糖类后尽产生很少的甲烷和氢，基本在基线水平。当小肠有细菌后，可以酵解糖产生甲烷和氢，当氢呼气值高于基线值12ppm，或者氢气值加甲烷值高于基线值15ppm时表示小肠内有高于正常数量的细菌，临床上称为小肠细菌过度生长（Small Intestinal Bacteria Overgrowth,简称SIBO,欧洲常用Small Bowel Bacteria Overgrowth,简称SBBO）。用甲烷和氢呼气检测小肠细菌过度生长，可以帮助了解肠道微生态的变化，在诊断和治疗由于菌群移位和菌群失调导致的疾病方面提供有重要价值的帮助。国内外有大量研究证明肠道菌群失调可以导致人体多个系统的病变。通过检测小肠细菌过度生长可以打开了解包括糖尿病、心血管、肝脏等疾病的新思路。

口盲时间：即从糖入口到达盲肠的时间，又称口盲传输时间（Orocecal Transit Time, OCTT），用以反映胃肠蠕动速度，检测多种与胃肠传输速度有关的疾病，或者评估某些疾病状态在胃肠传输的功能。常用的方法是在空腹情况下口服一定剂量的人体不能吸收的碳水化合物（临床常用10-20g乳果糖），每间隔10-30分钟检测一次呼出气中甲烷和氢气的浓度，当氢呼气值高于基线值12ppm，或者氢气值加甲烷值高于基线值15ppm时表示乳果糖进入盲肠，从口服乳果糖到这个节点的时间表示口盲传输时间。影响口盲时间的因素较多，不同底物和食物胃肠传输速度不一样，还有鉴别小肠细菌过度生长。

胃酸分泌量：口服足够剂量的金属镁后，它在胃内可与盐酸产生反应而产生氢分子，经胃粘膜弥散进入血液循环通过呼气排出。呼气中氢的排出量与胃内盐酸的量呈正相关。因此，可以通过检测呼出气中氢的浓度帮助了解胃酸分泌功能。国内外在正常人和胃十二指肠溃疡的病人的研究，均证明用金属镁的方法与五肽胃泌素刺激试验和99mTc胃γ照相法比较都呈现高度的相关性。测量胃酸分泌对胃和十二指肠溃疡，萎缩性胃炎和胃癌的治疗提供有益的帮助。

产甲烷菌的分布：产甲烷菌是一种古老的厌氧菌，广泛存在于反刍动物的胃，可以分解植物纤维产生能量。在大约三分之一的人群中也发现有两种产甲烷菌存在。正常情况下，人体产甲烷菌主要存在于降结肠，病理情况下有可能会移位到胃肠道的其它部位。目前关于产甲烷菌对人体生理和病理的机制还不十分清楚，有研究发现，产甲烷菌与肥胖、便秘和结肠癌存在高度的相关性。通过测量呼出气中甲烷浓度有助于我们更多地了解肠道菌群失调导致的疾病。

审核编辑 黄昊宇